雪氷チーム

Snow and Ice Research Team

XバンドMPレーダを用いた吹雪検知技術の高度化に関する研究
Study Using X-Band Multi-parameter (MP) Radar to Make Snowstorm Detection Technologies More Sophisticated
吹雪は局所的かつ時間変化が大きい現象です。したがって、吹雪による被害を軽減するためには、その発生を面的かつリアルタイムに把握することが重要です。
本研究では、「XバンドMPレーダを用いた吹雪検知技術の高度化」を目指し、レーダ観測によって得られる上空データと地上における吹雪観測の結果を比較し、両者の関係について解析しています。

XバンドMPレーダによる上空の観測

上空風

降雪雲

Observation of the sky by x-band MP radar

High-level wind

Snow cloud

降雪域

降水量計

Anemometer Snow transport
sensorPrecipitation gauge

Snowfall area

地上風

風向風速計 吹雪量計

Surface wind

Snowstorms are localized phenomena that change greatly with time. To mitigate damage fromsnowstorms, it is important to determine when snowstorms occur and to know their intensities spatiallyand in real time. In this study, aiming at making the snowstorm detection technologies that use x-band
MP radar more sophisticated, we have been comparing the data observed in the sky by radar to the datameasured on the ground during snowstorms, and analyzing the relationship between them.

石狩吹雪実験場における地上観測

Surface observation at the Ishikari Blowing Snow Test Field▲図1：レーダ観測と地上観測のイメージ

Fig. 1 Concept of radar and surface observations

XバンドMPレーダとはWhat is x-band MP radar?

XバンドMPレーダは、もともと集中豪雨や局地的大雨の監視のために整備されたものであり、北海道内では北広島市（図2）と石狩市に配備されています。現在、札幌市を中心とした半径約60kmのエリアを常時監視しています（図3）。XバンドMPレーダの特長の1つに、高頻度かつ高空間分解能な観測が挙げられ、高精度に降雨を観測する手法として定着しています（図4）。
しかし、XバンドMPレーダを用いた雪の観測には課題が残されています。

石狩局

Ishikari Station

石狩吹雪実験場

Ishikari Blowing Snow Test Field

北広島局

Kitahiroshima Station

X-band MP radar was originally installed to monitor localized torrential downpours
and other heavy rainfall. Hokkaido has two x-band MP radar systems: one inKitahiroshima City (Fig. 2), and the other in Ishikari City. Together, these systems
continuously monitor an area of about 60km in radius, with Sapporo City at the center(Fig. 3). One advantage of x-band MP radar is its observation ability, which owes to its
high frequency and high spatial resolution. The use of x-band MP radar has become
established as a highly accurate method for observing precipitation (Fig. 4).
However, problems remain in using x-band MP radar for snowfall observation.

札幌市▲図2：北広島局

Sapporo City

5km

人口密集地エリア

Fig. 2 Kitahiroshima
StationDensely populated area

観測頻度：1分おき
空間分解能：250mメッシュ
Observation frequency: 1 minute
Spatial resolution: 250m mesh

30km範囲30km range

60km範囲60km range▲図3：XバンドMPレーダの観測範囲

Fig. 3 Observation ranges of the x-bandMP radar

レーダを用いた降雪観測

100mm/h〜〜100mm/h〜50mm/h〜20mm/h〜10mm/h〜5mm/h0.1〜1mm/h
データなし（Data N/A）

▲図4：XバンドMPレーダの性能

Fig. 4 Performance of the x-band MP radar

レーダを用いた風速観測

Snowfall observation using radar

Wind velocity observation using radar

Fig. 5 compares the precipitation observed using radar to thatobserved from the ground during snowfall. From thiscomparison, we find that the radar observation values tend to behigher than the ground observation values. It was found possible
to convert the precipitation values observed by radar to values
that are more accurate and are closer to the ground observation
values than the conventionally used values by multiplying theradar observation values by a correction coefficient of 0.71.

Ground observation precipitation

0.50.40.3
0.2

y=0.71x0.1
0R2=0.55
00.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

レーダによる降水量 (mm)Radar observation precipitation▲図5：降雪時にレーダによって観測した降水量と地上で観測した降水量の比較

Fig. 5 Comparison between
precipitation observed using theradar and that observed from theground during snowfall

上空における飛雪流量の推定

We spatially estimated the horizontal snow mass flux in the sky
based on the precipitation (Fig. 5) and on the wind direction
and speed (Fig. 6). Horizontal snow mass flux is an index ofsnowstorm intensity. Higher mass flux indicates higher
snowstorm intensity.
The estimation results are shown in Fig. 7. It has become
possible to estimate the snowstorm intensity in the sky spatiallyand in real time by using the radar observation results.

安全・快適

北広島局

Kitahiroshima Station

A snowstorm is a phenomenon in whichsnow particles are blown by the wind.
Therefore, it is important to understandthe distribution of wind directions andspeeds. In this study, we obtained thewind directions and speeds in the sky byanalyzing the Doppler velocities
observed by using two x-band MP radarsystems (Fig. 6).

42.8°

20風速(m/s)
Wind velocity (m/s)

42.6°
140.8° 141.0° 141.2° 141.4° 141.6° 141.8° 142.0°▲図6：レーダを用いた上空風の推定結果の例

Fig. 6 An example of the estimation of windconditions in the sky using radar

吹雪検知技術の高度化の検討

Estimation of horizontal snow mass flux in the sky

降水量（図5）および風向風速（図6）から、上空における飛雪流量を面的に推定しました。
「 飛雪流量」とは吹雪の激しさを示す指標の1つであり、飛雪流量が多いほど吹雪が激しいことを意味します。
推定結果を図7に示します。
この結果、レーダによる観測結果から、上空における吹雪の激しさを面的かつリアルタイムに推定することが可能となりました。

吹雪は、「雪粒子が風によって舞う現象」
です。
したがって、風向風速
石狩吹雪実験場
43.4° Ishikari Blowing Snowの分布を把握することも重要です。
Test Field
本 研 究では 、2 基の X バンドM P
43.2°
レーダによって観測されるドップ
石狩局
Ishikari Station
ラー速度を解析し、上空における風43.0°
向風速を算出しました
（図6）。
43.6°

0.6

地上降水量 (mm)

図5に降雪時にレーダによって観測された降水量と、地上で観測した降水量の比較結果を示します。
この結果より、レーダによる観測値は、地上の観測値を過大評価する傾向があることがわかりました。
ここで、レーダによる観測値に対して補正係数0.71を掛けることによって、従来よりも正確な地上降水量に換算することができることが示されました。

Examinations aiming at making snowstorm detection technologies moresophisticated
これまでの研究によって、XバンドMPレーダを用いて、上空における飛雪流量の分布を推定することが可能となりました。
しかし、上空の飛雪流量分布が地上の飛雪流量分布と同じであるとは限りません。
そこで本研究では、XバンドMPレーダのみから地上における吹雪発生状況を把握することを目標とし、地上の複数地点で実施した吹雪観測結果と上空の飛雪流量の関係について解析を行っています。

(g/m2/s)
1412108642▲図7：レーダを用いた上空の飛雪流量の推定結果の例

Fig. 7 An example of the estimationof horizontal snow mass flux in thesky using radar

北の道Safe, pleasant driving on Northern Roads

Our previous studies have enabled the distribution of horizontal snow mass flux in thesky to be estimated by using x-band MP radar. However, the distribution in the sky is
not always identical to that on the ground.
To detect snowstorms and to determine their intensities on the ground solely fromx-band MP radar, we have been continuing our analyses on the relationship between thehorizontal snow mass flux in the sky and the snowstorm observation data collected at
multiple locations on the ground.

国立研究開発法人土木研究所 寒地土木研究所

National Research and Development Agency Public Works Research Institute Civil Engineering Research Institute for Cold Region